Le cerveau multidimensionnel

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Développement et évolution du cerveau antérieur (DECA)

Responsable : Sylvie Rétaux

Le cerveau antérieur des vertébrés a connu une extraordinaire diversification au cours de l’évolution. Croirait-on par exemple que le cortex cérébral des mammifères, avec son organisation en 6 couches bien connue, et le pallium des poissons téléostéens, avec sa structure dite éversée, sont des régions homologues ?

Nous cherchons à comprendre, en utilisant une approche développement-évolution, quelles sont les bases cellulaires et moléculaires de l’unité (homologie) et des différences (diversification) observables au sein du cerveau antérieur des vertébrés. Pour ce faire, nous utilisons un modèle animal original : le poisson cavernicole aveugle Astyanax mexicanus, que nous considérons comme un « mutant naturel ». Lors de son adaptation à l’obscurité totale et permanente des grottes mexicaines, il a perdu ses yeux (et sa pigmentation).

Projets scientifiques

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Astyanax mexicanus, appelé aussi Tétra mexicain, est un poisson d’eau douce de la famille des Characiformes originaire d’Amérique centrale. Les formes de surface et cavernicoles de cette espèce sont utilisées comme modèle d’évolution, entre autres du système nerveux. Durant l’adaptation à leur habitat, les populations cavernicoles ont en effet perdu leurs yeux et leur pigmentation, mais ont développé d’autres caractères plus « utiles » à la vie cavernicole, comme la ligne latérale, des mâchoires plus larges, plus de dents, et des comportements particuliers, considérés comme adaptatifs.

Il existe 29 grottes abritant des populations d’Astyanax mexicanus cavernicoles.
Ces populations représentent souvent un cas d’évolution convergente. Ainsi, ces différentes populations permettent l’étude de la micro-évolution du développement et de la génération de diversité morphologique et comportementale.
Au laboratoire, nous utilisons essentiellement les Astyanax cavernicoles originaires de la grotte Pachón.

Nous travaillons selon trois axes de recherche

  • 1- Évolution développementale du cerveau de l’Astyanax cavernicole.

Quels sont les mécanismes développementaux conduisant à la perte de l’œil des yeux chez les embryons cavernicoles ? Quelles en sont les conséquences sur les autres parties du système nerveux ?
Cette partie de notre projet, dite « évo-devo », vise à comparer la morphogénèse, le patterning, la neurogénèse et la spécification neuronale chez les deux types d’embryons d’Astyanax. Nous cherchons à comprendre les interactions entre les centres organisateurs de la plaque neurale et des placodes, qui sécrètent les morphogènes tels que Hedgehog, Fgf8, ou Bmp4, et qui sont à l’origine de la perte de l’œil, mais aussi de modifications importantes et potentiellement adaptatives du reste du cerveau antérieur (bulbes olfactifs, hypothalamus). Nous analysons l’influence de ces même centres organisateurs sur le développement des placodes sensorielles, dont sont issues le cristallin de l’œil (qui dégénère par apoptose chez les larves cavernicoles), l’épithélium olfactif ou la ligne latérale.

  • 2- Évolution comportementale de l’Astyanax cavernicole.

Quelles sont les bases neurales des multiples modifications comportementales, parfois groupées sous le terme « syndrome comportemental », chez l’Astyanax cavernicole ? Ces changements comportementaux sont-ils adaptatifs ?
Dans cette partie du projet d’équipe, nous cherchons à mettre en relation les modifications précoces de patterning et neurogénèse que nous avons observées chez les formes cavernicoles avec la mise en place des réseaux neuronaux et les comportements qu’ils gouvernent. Nous étudions les comportements sociaux (agressivité, hiérarchie), homéostatiques (prise alimentaire) et l’évolution des capacités sensorielles (olfaction) des formes cavernicoles de l’Astyanax, toujours de manière comparée avec les formes de surface. Enfin, nous essayons, dans la mesure du possible par des études de terrain, d’analyser le comportement des poissons dans leur milieu naturel.

  • 3- Évolution moléculaire du transcriptome et du génome de l’Astyanax cavernicole.

Quelles sont les mutations à l’origine de l’évolution phénotypique de l’Astyanax cavernicole ? Quels sont les forces évolutives en jeu ?
Par des analyses à l’échelle du transcriptome, ou plus particulièrement centrées sur certaines familles de gènes d’intérêt, nous obtenons des informations sur les mécanismes évolutifs (par exemple : sélection ou dérive ? ou les deux ?) et sur l’histoire évolutive des populations cavernicoles (par exemple : depuis combien de temps ont-ils colonisé leurs grottes ?). Ces études sont menées en collaboration avec l’équipe de Didier Casane (LEGS, Gif sur Yvette).

Par des approches « gènes candidats » nous avons également identifié des mutations dans les séquences codantes de certains gènes (exemple : la MAO) ou des défauts d’expression de certains transcrits (exemple : certaines cristallines). Nous étudions les conséquences fonctionnelles de ces modifications génétiques chez l’Astyanax cavernicole.

Deux mots sur notre élevage d’Astyanax

Bien qu’il ne s’agisse pas d’une plateforme à proprement parler, nous avons mis en place un élevage d’Astyanax au sein de l’animalerie centrale (le seul en France). Nous élevons actuellement des poissons de surface, et deux types de populations cavernicoles : Pachón et Molino.

Merci à tous ceux qui s’en sont occupé au quotidien au fil des ans, ou qui nous ont prodigué leurs précieux conseils : Stéphane Père, Magalie Bouvet, Diane Denis, Matthieu Simion, Laurent Legendre.

Nous serons aussi toujours reconnaissants envers Bill Jeffery, qui nous a permis de démarrer cet élevage en nous apportant en 2004 les premiers adultes fondateurs de nos populations.


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